CK.0000068446 BỘ X Â Y DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ X Â Y DựNG

HƯỚNG DẪN THIẾT KÊ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG

BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤTTHEO TCXDVN 375:2006

NH À X U Ấ T B Ả N XÂY D ự N G

BỘ XÂY DỰNG

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DựNG

HƯỚNG DẪN THIẾT KÊ KẾT CÂU NHÀ CAO TẦNG BÊ TỒNG CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT

THEO TCXDVN 375:2006

(Tái bân)

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG

HÀ NỘI 2013

LỜ I N Ó I Đ Ẩ U

H ướng d ẫ n n à y được sử d ụ n g trong tín h toán, cấu tạo và b ô 'tr í câu k iện , kết cấu bẽ tông cốt thép n h ằ m đ iều c h ỉn h chuyên vị và nội lực g â y ra bởi tác động độ n g đất. Trên q u a n đ iểm th iế t k ế ch ịu độn g đ ấ t sự đ iều c h ỉn h này rấ t cần th iế t đẽ khả n ă n g ch ịu lực và k h ả n ă n g tiêu tá n n ă n g lượng của k ế t cấu ch ịu động đ ấ t đ ạ t được q u a n hệ tối ưu.

Q ua đ á n h g iá p h ả n ứ ng của kế t cấu bê tông cốt thép trong các trậ n độ n g đ ấ t và trong p h ò n g th í nghiệm , cũ n g n h ư q u a p h ả n ứ ng của kế t cấu tín h toán được bằn g mô h ìn h cho th ấ y vấn đ ề q u a n trọng cần ch ú ý k h i th iế t k ế n h à cao tầ n g bằn g bẽ tông côi th ép ch ịu độn g đ ấ t là:

- T u â n th ủ n guyên tắc cơ bản của th iế t k ế ch ịu đ ộ n g đấ t;

- T ín h toán đ ú n g tác độ n g độn g đấ t;

■ L ự a chọn cấu tạo và bô tr i cấu k iện hợp lý;

■ Thiết k ế m ó n g p h ù hợp.

Trong hư ớng d ẫ n này bôn vấn đ ề trên được đ ề cập theo t in h th ầ n của T C X D V N 375 : 20 0 6 n h ư n g cụ th ể và ch i tiế t hơn, d ễ vận d ụ n g hơn th ô n g qua các báng tổng hợp, các h ìn h vẽ m in h hoạ và các v í d ụ t ín h toán. N h iều ch ỉ d ẫ n trong tiêu c h u ẩ n còn m a n g tín h nguyên tắc th ì trong hư ớng d ẫ n n à y đ ã được đ ịn h lượng hoặc công thức hoá.

Trong hư ớng d ẫ n này các đ iều trích d ẫ n trong T C X D V N 375 : 2006 được ch ú g iả i ở lề bên trá i; n h ữ n g đ iều kh ô n g có chú g iả i ở lề bên trá i, xem nội d u n g đ iều đó trong H ư ớ ng dẫn.

T à i liệu hư ớ ng d ẫ n này c h ỉ m ới đ ề cập đến kế t cấu bê tông cốt thép. Đ ối với kếi cấu thép, k ế t cấu liên hạp thép - bẽ tông, k ế t cấu g ạch đ á sẽ được giới th iệu đ ể cập trong các tà i liệu tươ ng tự tiếp theo.

Tài liệu hư ớ ng d ẫ n này là m ộ t trong n h ữ n g kế t q u ả th ự c h iện n h iệm vụ theo N g h ị đ ịn h th ư hợp tác K hoa học C ông nghệ g iữ a V iệt N a m và B u n g a ri, p h ứ i Việt N a m - V iện K hoa học Công nghệ X ả y d ự n g là đan v ị chủ tr ì th ự c hiện, với n h iều cán bộ kh o a học th a m g ia và p h â n công viế t n h ư sau:

PG S. T S N g u y ễn X u â n C h ín h : T ổng chủ biên

GS. T S K H N g u yễn Đ ăng B ích : C h ủ biên chương m ở đ ầu , 1, 3

TS. N g u yễn Đ ại M in h : C h ủ biên chương 2

TS. T r ịn h V iệt Cường : C h ủ biên chương 4

Nhóm tác giả

3

Chưưng mứ đầu

GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH BIÊN SOẠN TCXDVN 375 : 2006

I. TỈNH HÌNH BIÊN SOẠN TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊUĐỘNG ĐẤT Ở TRONG VÀ NGOÀI NUỚC

1.1. Trong nước

Trong khi chưa có tiêu chuẩn thiết kế chịu động đất thì nhà và cóng trình xây dựng ờ Việt Nam thường được thiết kê kháng chấn theo tiêu chuẩn Liên xỏ : C H u /7 11-7-81* Standards and Regulations fo r construction chapter 7, pai l II [1| ; Mỹ: UBC-1997 Uniform Building Design Code, Chapter 23, Pari ¡1 [2]; Nhật: Standards fo r Aseismic Civil Engineering Constructions, Earthquake - Resistant Design M ethod fo r Buildings 13] ; Pháp: Recommendations fo r I he redaction o f rules relative to I he structures and installations bililt in regions prone to earthquakes [4|. Các tiêu chuẩn này đánh giá độ mạnh của động đất theo các thang khác nhau chẳng hạn: CHuIl II-7-81* theo thang MSK-64 ; UBC-1997 theo vùng; tiêu chuẩn của Nhật theo thang JMA ; tiêu chuẩn của Pháp theo thang MM.

Ở nước ta từ cấp động đất do Viện Vật lý Địa cẩu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cung cấp theo thang MSK - 64 cẩn được chuyển thành vùng và thang khác nhau khi dùng các tiêu chuẩn khác nhau. Việc chuyên đổi này đã gây ra không ít phiẻn phức.

Nãm 1986 Viên Khoa học và Kỹ thuật Xây dựng cơ bản chù trì, Hội Khoa học Kỹ Ihuật Xây dựng Việt Nam, Hôi Cơ học Việl Nam bảo trợ đã tổ chức hội thảo "Xây dựng công trình trong vùng có động đất" [5| nhầm tiến tới việc biên soạn tiêu chuẩn thiết kế chịu động đất và các hướng dẫn tính toán thiết kế nhà và công trình trong vùng có động đất. Việc nghiên cứu tính toán kháng chấn ờ Việt Nam đã được đẻ cập đến từ lâu, nhưng đến nay số người quan tâm nghiên cứu và số ấn phẩm còn thực sự ít ỏi. Bài báo "Giới thiệu và so sánh một vài công thức xác đỊnh tải Irọng động đất tác dụng lên nhà và công trình" cùa tác giá Hoàng Như Sáu, Nguyễn Đăng Bích, Nguyễn Thanh Sơn đăng trên Nội san Khoa học kỹ thuật xây dựng, sô' 3 năm 1977 [6] được xem như tư liệu đầu tiên ở trong mrớc để cập đến vấn để tính toán kháng chấn. Sau đó có những nghiên cứu và tài liệu khác:

- Phạm Gia Lộc. Cơ sờ của động dâì và tính toán công trình chịu tải trọng động đất, NXB Xây dựng!985 [7].

5

- Nguyễn Đăng Bích. Những vấn để xung quanh tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn cho công trình xây dựng ờ vùng có động đất ờ Việt Nam. Thông báo Khoa học Kỹ thuật xáy dựng, Số đặc biệt 1986 [8|.

- Báo cáo kết quả đẻ tài nghiên cứu cấp nhà nước 26B-03-01 "Nghiên cứu phương pháp tính toán côrfg trình có kế dến tái trọng động đất và gió bão". Nguyên Đăng Bích chủ trì và các cộng tác viên. Hội đổng Khoa học kỹ thuật chuyên ngành Bộ Xãy dựng nghiệm Ihu tháng 8 năm 1988 [9].

- Nguyễn Đình Xuyên, Nguyễn Ngọc Thuỷ. Tính động đất và độ nguy hiếm động đấl trên lãnh thổ Việt nam. Thành tựu nghiên cứu Vật lý địa cầu 1987-1997. [101

- Phan Văn Cúc, Nguyễn Lê Ninh. Tính toán và cấu tạo kháng chấn các cóng trình nhiều tầng. NXB Khoa học Kỹ thuật 1994 [11].

- Thực hành thiết kế chống động đất cho cõng trình xây dựng. Tài liệu dịch NXB Xây dựng 1997 [12].

Cơ sờ dữ liệu động đất cũng được xây dụng và từng bước hoàn Ihiện dê đáp ứng yêu cầu thiết kế kháng chấn. Năm 1968 Nha khí tượng đã cho xuất bản " Sơ đổ phàn vùng động đất miền Bắc Việt Nam" do Nguyển Khắc Mão và I.A Rezanov chủ trì [ 131. Năm 1974 Nguyền Khắc Mão cho công bố tiếp "Sơ đồ phân vùng động đất Miển Nam Việt Nam "[14]. Năm 1985 trong khuôn khổ chương trình Atlas quốc gia và chương trình hợp tác Việt - Xô về phân vùng động đất, Nguyẻn Đình Xuyên và các tác giả khác đã hoàn thành bàn đổ phân vùng đông đất Việt Nam tỉ lệ 1:2.000.000, vào các năm 1985 và 1989 115]. Đê tiếp tục hoàn thiện bản đồ phân vùng động đất, Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường đã cho Viện Vật lý địa cầu thực hiện để tài độc lập cấp nhà nước KT-ĐL 92-07 "Cơ sờ dữ liệu cho các giải pháp giảm nhẹ hâu quả động đất ở Việt Nam ", trong đó có bàn đồ phân vùng động đất Việt Nam tỉ lệ 1:1.000.000 do GS.Nguyễn Đình Xuyên chù trì đã được Hôi dồng khoa học công nghệ cấp nhà nước nghiêm thu tháng 8 năm 1996 Ị161.

Để chính xác hoá cơ sở dữ liệu cho khu vực Hà Nội, Sờ Xây dựng Hà Nội đã cho thực hiện để tài mã số 01-36 " Hoàn chỉnh bản đổ phân vùng nhỏ động đất Hà Nội tỷ lệ 1:25000". Trong đó, các đặc trưng đao động của nẻn được đánh giá theo trình tự :

- Sử dụng các mối tương quan thực nghiệm của thế giới để xác định các đặc tr ưng (rung bình của dao động phù hợp vói bối cảnh địa chấn khu vực Hà Nội;

- Sử dụng các dặc trưng này làm thông số để tính băng gia tốc tương ứng;

- Tính phổ phàn ứng trên cơ sờ các băng gia tốc được chọn. Kết quả của để tài gồm: Giản đổ gia tốc chuẩn cho khu vực Hà Nội; Bản đổ phân vùng nhò động đất khu vực Hù Nội tý lệ 1:25000 do Nguyển Đình Xuyên chủ trì đã được Hội đồng Khoa học Kỹ thuật lliành phố Hà Nội nghiệm thu năm 1996 [17]. Đè hoàn thiện hơn các bán đổ (dự báo) đỏ nguy hiếm động đất lãnh thổ Việt Nam và tiếp cận bước đầu với phương pháp dư báo động đất vể thời gian phát sinh, từ năm 2000, Bộ Khoa học Công nghệ giao cho Viện

6

Vật lý Địa cẩu triển khai đề tài "Nghiên cứu dự báo động đất và dao động nẻn ờ Việt Nam" với các mục tiêu 122 ]:

1. Chinh lý, làm chính xác hữn bản đồ dự báo các vùng phát sinh động đấl mạnh M > 5 ,0 trên lãnh thố Việt Nam trên cơ sở bổ sung, cập nhật sô' liệu và nghiên cứu điều kiện kiến tạo và hoạt động động đất.

2. Tiến hành quan sát, nghiên cứu dao dộng nển ở Việt Nam, thu thập sô' liệu, thành lập Atlas dao động nền đế sử dụng ờ Việt Nam cho các mục đích thiết kế kháng chấn.

3. Thành lập các bản đổ (dự báo) độ nguy hiểm động đất lãnh Ihổ Việt Nam (các bán đổ dự báo cường độ chấn động cực đại (cấp động đất Imax và gia tốc nẻn amax), cường độ chấn động (cấp động đất I và gia lốc nền A) với xác suất 10% vượt quá trong các khoáng thời gian 20, 50, 100 năm (chu kỳ lặp 190, 475, 950 năm) dùng cho tiêu chuẩn kháng chấn ở Việt Nam.

4. Tim hiếu dự báo các phương pháp động (theo nghĩa đẩy đù) và kiến nghị công tác triển khai dự báo động đất ờ Việt Nam.

Như vậy qua một quá trinh bổ sung hoàn chỉnh, bản đồ phân vùng động đất Việt Nam đã khái quát được đẩy đủ mức độ hiếu biết hiện nay cùa chúng ta về động đất trên lãnh thổ nước nhà, có thê sử dụng bản đồ này trong tiêu chuấn "Thiết kế công trình chịu dộng dài". Ngoài ra, đối với thành phố Hà Nội đã có bản đồ phân vùng nhò động đất và có giản đổ gia tốc chuẩn trên nẻn đá gốc, có thể dùng làm dữ liệu cho tính toán kháng chấn.

1.2. Ngoài nước

Danh mục tiêu chuẩn động đất của các nước trên thế giới do Hội Địa chấn quốc tế sưu täp đến tháng 7 năm 1992 có 37 tiêu chuẩn [18], đó là tiêu chuẩn của các nước: Algeria, Argentina, Australia, Austria, Bulgaria, Canada, Chile, China, Colombia, Costa Rica, Cuba, Egypt, El Salvador, Ethiopia, France, Germany, Greece, India, Indonesia, Iran, Israel, Italy, Japan, Mexico, New Zealand, Nicaragua, Peru, Philippines, Portugal, Romania, Spain, Switzerland, Turkey, Union of Soviet Socialist Republics (USSR), United States o f America (USA), Venezuela, Yugoslavia. Ngoài các tiêu chuấn nói trên còn có tiêu chuẩn động đất khu vực như tiêu chuẩn động đất Châu Âu [19], Tiêu chuẩn động đất Taiwan [211. Xem xét nội dung các tiêu chuẩn này cho thấy: Khi xây dựng tiêu chuẩn kháng chấn, mỗi nước đều có quan điểm riêng, xuất phát từ chiến luợc phát triển kinh tế xã hội cũng như cơ sờ vật chất kỹ thuật của nước mình. Các tiêu chuẩn này đều có tính đổng bộ với các tiêu chuẩn liên quan và đẻu có xu hướng hoà đổng với tiêu chuãn cùa các ntrớc trong khu vực.

2. TIÊU CHUẨN TCXDVN 3 75 : 2006

TCXDVN 375:2006 được biên soạn trên cơ sờ chấp nhận Eiirocode 8 có bổ sung hoặc thay the các phần mung tính đặc thù Việt Nam.

7

• Eurococle 8 có 6 pliắn :

EN 1998 - 1: Những điểu khoản chung, tác động đông đất và những quy định cụ thể cho kết cấu công trình;

EN 1998 - 2: Những điều khoản cụ thể cho cầu;

EN1998 - 3: Những điểu khoản cho đánh giá gia cường, kháng chấn những công trình hiện hữu;

EN 1998 -4 : Những điều khoản cụ thể cho silô, bê chứa, đường ống;

EN 1998 - 5: Những diều khoản cụ thể cho nền móng, tường chắn và những vấn đề địa kỹ thuật;

EN 1998 -6 : Những điều khoản cụ thể cho công trình dạng tháp, dạng cột, ống khói.

Trong lẩn ban hành này mới đề cập đến các điều khoản đối vái nhà và công trình thuộc phẩn 1 và phần 5 và được đánh số lại như sau:

- Phẩn 1 tương ứng với EN 1998 - 1;

- Phẩn 2 tương ứng với EN 1998 - 5;

• Phấn cliấp nhận trong liêu chuẩn yêu cấu là:

- Dịch đúng nguyên bàn, đúng nội dung, chú ý dịch đúng các thuật ngữ: phải, cẩn, nên, có thể...

- Diễn đạt dể người đọc hiểu được nội dung tiêu chuẩn, các thuật ngữ chọn dịch sátnghĩa, phù hợp ngữ cảnh, yêu cẩu văn phong sáng sủa, chặt chẽ, Việt hóa cố gắng đạtmức chấp nhận được.

• Phần b ổ sung hoặc thay th ế trong liêu chuẩn gồm:

- Thay thế Bảng 4.3 bằng Phụ lục F

- Bổ sung Phụ lục F: Phân cấp phân loại công trình xây dựng

- Bổ sung Phụ lục H: Bản đồ phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam;

- Bổ sung Phụ lục I: Phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính;

- Bổ sung Phụ lục K: Bàng chuyển đổi gia tốc nền sang cấp đông đất theo thangMSK-64, thang MM và các thang phân bậc khác.

• Các tiêu chuẩn tham khảo chung trích dản ở điểu i .2.ì chưa được thay thế bằngcác tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam, vì cẩn đảm bào tính đổng bộ giữa các tièu chuẩn trong hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu. Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam tiếp cận hệthống tiêu chuẩn Châu Âu sẽ lần lượi ban hành các tiêu chuẩn trích dẫn này.

Các liêu chuẩn tham kliáo chung

EN 1990 Eurocode 0 - Cơ sờ thiết kế kết cấu

8

EN 1992-1-1 Eurocode 2 - Thiết kế kết cấu bê tông — Phần 1-1: Những quyđịnh chung và những quy định cho nhà và công trình

EN 1993-1 - 1 Eurocode 3 - Thiết kê kết cấu thép - Phắn I - 1: Tổng quát - Nhữngquy định chung và những quy định cho nhà và còng trình

EN 1994-1-1 Eurocode 4 - Thiết kế kết cấu liên hợp thép- bê tông - Phần 1-1:Nhũng quy định chung và những quy định cho nhà và công trình

EN 1995-1-1 Eurocode 5 - Thiết kế kết cấu gỗ - Phẩn 1-1: Những quy địnhchung và những quy định cho nhà và công trình

EN 1996-1-1 Eurocode 6 - Thiết kế kết cấu gạch đá - Phần 1-1: Những quyđịnh chung và những quy định cho kết cấu gạch đá có cốt thép hoặc không có cốt thép

EN 1997-1-1 Eurocode 7 - Thiết kế địa kỹ thuật - Phần 1: Những quy định chung

• Bán đồ phân vùng ẹia tốc nền lãnh thổ Việt Nam là kết quà của đ ề lài độc lập cấp Nlià Iiước. "Nghiên cứu dự báo động đất và dao động nền ỏ Việt Nam do Viện Vật lý địa cầu thiết lập và chịu trách nhiệm pháp lý đã được Hỏi đồng Nhà nước nghiệm (hu năm 2005. Bản đổ sử dụng trong tiêu chuẩn có độ tin cậy và pháp lý tương đương là một phiên bán cụ thể cùa bản đồ cùng tên dă được chỉnh lý theo kiến nghị trong biên bán đánh giá của Hội đồng nghiêm thu nhà nước.

Trong bàn đồ phân vùng gia tốc, đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR trẽn lãnh thổ Việt Num được biếu thị bằng các đường đẳng trị. Giá trị agR giữa hai đường đẳng trị được xác định Iheo nguyên tắc nội suy tuyến tính. Ở những vùng có thể có tranh chấp về gia lốc nền, giá trị agR dó chù đầu tư quyết định.

Từ đinh gia tốc nền agR có thể chuyển đổi sang cấp động đất theo thang MSK-64, Ihang MM hoặc các thang phân bậc khác, khi cần áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn khác nhau.

• Trong Eurocode 8 kiến nghị dùng hai dạng đường cong phổ, đường cong phổ dạng1 dùng cho những vùng có cường độ chấn động Ms > 5,5, đường cong phổ dạng 2 dùng cho những vùng có cường độ chấn động Ms < 5,5. Trong tiêu chuẩn sử dụng đường cong phổ dạng 1 vi phần lớn các vùng phát sinh động dất cùa Việt Nam có cường độ chấn động Ms > 5,5.

• Không yêu cầu thiết kế kháng chấn như nhau đối với mọi công trình mà cóng trinh khác nhau thiết kế kháng chấn khác nhau. Tùy theo mức độ tầm quan trọng của công Mình đang xem xét đê’ áp dụng hệ số tẩm quan trọng Yi thích hợp. Trường hợp có thế có tranh chấp vể mức độ tầm quan trọng, giá trị Ỵ| do chủ đẩu tir quyêì định.

9